CN107003042A - 具有改进的同轴阀的磁制冷系统 - Google Patents

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约恩·杰伊·奥林格
安德烈·迈克尔·伯德尔
杰里米·乔纳森·谢尔
卡尔·布鲁诺·齐姆
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Abstract

一种磁制冷系统，该磁制冷系统提供了一种使密封阀表面所需的力平衡的旋转阀设计，减少了磨损对泄漏的影响，使得阀的组装和调节更容易，减少了旁通流的可能性，减少了驱动轴的应力和腐蚀，并且提供了更紧凑的系统。

Description

具有改进的同轴阀的磁制冷系统
关于联邦政府资助的研究或研发的声明
相关申请的交叉应用
本申请要求于2014年12月15日提交的美国临时申请序列No.62/091,849的优先权，并且美国临时申请序列No.62/091,849通过参引并入本文，并且本申请是于2014年12月1日提交的美国非临时申请序列No.14/556,424的部分继续申请，并且美国非临时申请序列No.14/556,424通过参引并入本文，美国非临时申请序列No.14/556,424要求于2013年12月17日提交的美国临时申请序列No.61/917,025的优先权，并且美国临时申请序列No.61/917,025也通过参引并入本文。
背景技术
磁制冷(MR)是基于磁热效应的新兴冷却技术；磁热效应是特定材料所表现出的性质，所述特定材料在被放置在磁场中时升温、而在该磁场被去除时降温。磁致冷与作为当前用于冷却的最广泛使用的方法的蒸汽压缩相比具有许多明显的优点。首先，MR不使用氢氟烃(HFC)、氟氯烃(CFC)，也不使用任何其他气态材料；MR系统中的制冷剂呈多孔固体的形式。不存在任何气体大大降低了泄漏的可能性，而泄漏是蒸汽压缩系统中的常见问题。因此，MR系统由于减少的维护和停机时间而可以具有更高的可靠性。消除HFC和CFC对环境有益处，这是因为这些气体消耗臭氧并且导致全球变暖。最后，理论研究表明，MR系统可以比蒸汽压缩系统更节能，特别是在非高峰负载条件下。
关于磁制冷的总体背景可见发表在Int.J.of Refrig.(制冷杂志)31:945-961,2008中的由K.Gschneidner和V.Pecharsky著的“Thirty years of near roomtemperature magnetic cooling:Where we are today and future prospects(近室温磁冷却的三十年：我们的现状及未来展望)”、以及发表在HVAC&R Research(HVAC&R研究)，13(4):525-542,2007中的由K.Engelbrecht、G.Nellis、S.Klein和C.Zimm著的“RecentDevelopments in Room Temperature Active Magnetic Regenerative Refrigeration(室温主动磁回热制冷的最新发展)”，上述文件均通过参引并入本文。如美国专利No.4,332,135中所公开的，现代室温MR系统实施所谓的主动式磁回热制冷机(AMR)循环来执行冷却，该专利通过参引并入本文。该循环具有四个阶段，如在图1A、图1B、图1C和图1D示意性示出的。这些附图中的MR系统包括由磁致热材料(MCM)制成的多孔床190和传热流体，该传热流体在其流动穿过床190时与MCM交换热量。床190的左侧是冷侧，而热侧在右侧。流体流动的正时和方向(由热至冷或由冷至热)与磁场192的施加和去除相协调。在循环的第一阶段(“磁化”)中，如图1A所示，当床190中的流体停滞时，向MCM施加磁场192以导致MCM变热。在下一阶段(“热吹”)中，如图1B所示，当保持施加于床190上的磁场192的同时，处于温度TCi(冷入口温度)的流体通过冷入口182而从冷侧被泵送穿过床到热侧。该流体从床中的MCM吸收热量并且该流体的温度在穿过床190时上升。在热吹期间，流体以温度THo(热出口温度)通过热出口186离开床190，并且循环通过热侧热交换器194，在热侧热交换器194处，流体向周围环境放热并恢复到温度THi(热入口温度)，THi<THo。在下一阶段(“退磁”)中，如图1C所示，流体流动终止并且磁场被去除。这使得床190进一步冷却。在最后阶段(“冷吹”)中，如图1D所示，在持续不存在磁场的情况下，处于温度THi的流体从热侧经由热入口188泵送穿过床190到冷侧。流体在其穿过床190中的MCM时被冷却，达到温度TCo(冷出口温度)，TCo<TCi。在冷吹期间通过冷出口184离开床190的较冷流体循环通过冷侧热交换器196，从经制冷的环境中获取热量。流体以温度TCi离开冷侧热交换器196并完成AMR循环。在冷吹期间由冷侧热交换器196中的冷流体所吸收的热允许经制冷的环境保持其较冷的温度。
尽管图1A、图1B、图1C和图1D示出了单个床MR系统的操作，但是本领域普通技术人员将理解，经历相同AMR循环的每个床可以组合在单个系统中以提高冷却能力、减小系统尺寸或者以其他方式改善循环性能。
为了实施AMR循环，磁制冷机需要一个或更多个由磁致热材料制成的多孔床、传热流体、用于驱动流体通过床的泵、用于向床施加磁场及去除磁场的装置以及流动控制系统，该流动控制系统使穿过床的流体的流动的正时和方向与床上的磁场的施加及去除相协调。在磁制冷机中的AMR循环的一个实施方案中，比如在此通过参引并入本文的美国专利No.7,148,777中公开的带间隙的磁体组件旋转经过由磁致热材料制成的固定床。固定床配装到磁体组件的间隙中，并且当磁体组件间隙旋转经过给定床时，磁场被施加到给定床。在床保持位于在磁体间隙内时，磁场在床的各处被保持。当磁体旋转远离给定床时，磁场被去除。在美国专利No.6,668,560中描述了被称为“旋转磁体”磁制冷机或RMMR的实施方案，该美国专利在此通过参引并入本文。
如图1A、图1B、图1C和图1D所示的，RMMR中的每个床具有四个流体端口。这些端口中的两个端口即热入口端口188和热出口端口186位于床190的热侧，而另外两个端口即冷入口端口182和冷出口端口184位于床190的冷侧。入口端口188和182将流体输送到床190中的磁致热材料，而出口端口186和184汇集从磁致热材料出来的流体。通过使用分开设置的入口端口和出口端口，通常在不同温度下的入口流体流和出口流体流的混合被最小化。这通过防止与混合相关的热损失来改善MR系统性能。
通常，为了控制流体流动，RMMR使用四个阀，所述四个阀被称为热入口(Hi)阀、热出口(Ho)阀、冷入口(Ci)阀和冷出口(Co)阀。当床位于旋转磁体组件的间隙内时，冷入口阀向床的冷入口端口输送流体流；同时，热出口阀汇集来自床的热出口端口的流体。热入口阀阻止流体流动至床的热入口端口，而冷出口阀阻止来自冷出口端口的流体流。以这种方式，流动只能从冷入口端口穿过床行进到热出口端口，这是用于经历AMR循环的热吹阶段的经磁化的床的期望流动路径。当磁体旋转远离床使得床此刻被退磁时，冷入口阀此刻阻止流体流进入冷入口端口，而热出口阀阻止流体流通过热出口端口流出。热入口阀打开并将热入口流体引导至床的热入口端口，同时冷出口阀打开，从而允许流体经由冷出口端口离开床。以这种方式，流体流只能从热入口端口穿过床行进到冷出口端口，这是用于经历AMR循环的冷吹阶段的经退磁的床的期望流动路径。应该清楚的是，为了MR系统的正常运行，阀的打开和关闭必须与磁体组件相对于床的角度位置相协调。
旋转阀比如美国专利No.6,668,560中公开的旋转阀可以用于实现上述流动控制，该美国专利在此通过参引并入本文。通常，旋转阀采用两个元件，即定子和转子，该定子包括成角度布置的孔，并且该转子包括延伸越过一定角度距离的槽。转子槽在与定子中的孔相同的路径上定中心，使得转子槽与定子中的一个或更多个孔重叠。当转子槽与定子孔重叠时，通过阀形成连续的流体路径；当转子槽不与定子孔重叠时，流体流不能行进通过阀并且流动被阻止。转子与定子的接触面通常是经高度抛光的，使得流体不能在转子与定子之间泄漏。在阀中，定子具有多个端口。这些阀端口中的每个阀端口连接至流体导管(例如管)，该流体导管的另一端连接至床端口。定子中的每个孔都连接至这些阀端口中的一个阀端口。腔室的另一端包括单个轴向端口，该单个轴向端口连接至流体导管(例如管)。该流体管的另一端连接至热交换器。转子附接至旋转轴，该旋转轴使转子相对于定子旋转。当转子定位成使转子槽与定子孔重叠时，则在阀的一侧上的床端口与位于该阀的另一侧上的热交换器之间提供连续的流体路径；否则，向床端口的流动或来自该床端口的流动被阻止。当转子旋转时，槽交替地允许和阻止向床端口的流动或来自床端口的流动。转子在冷入口阀中的位置被设定成使得当床位于磁体组件的间隙内时，转子槽与(通过相关联的冷入口阀端口)连接至床的冷入口端口的孔重叠。转子在热出口阀中的位置被设定为使得当床位于磁体组件的间隙内时，转子槽与(通过相关联的热出口阀端口)连接至热出口床端口的孔重叠。以这种方式，形成了从冷侧热交换器至热侧热交换器的从床的冷入口端口穿过该床至该床的热出口端口的连续流体路径。转子槽的角度范围被选择成使得冷入口阀和热出口阀中的孔在床保持位于磁体组件的间隙内的情况下保持不被遮蔽。热入口阀和冷出口阀中的转子的位置被设定为使得与经磁化的床的热入口端口和冷出口端口相连接的孔被挡住。
通过由同一马达驱动的阀和磁体组件，转子将以与磁体组件精确协调的方式旋转。特别地，在磁体组件旋转远离给定床以使得该给定床被退磁时，冷入口阀和热出口阀中的转子此刻将挡住与床的冷入口端口和热出口端口相连接的孔。热入口阀和冷出口阀中的转子旋转成使得转子槽使与此刻被退磁的床的热入口端口和冷出口端口相连接的孔露出。因此，形成了从热侧热交换器至冷侧热交换器的从被退磁的床的热入口穿过所述被退磁的床至所述被退磁的床的冷出口的流动。
在过去的RMMR中，并且如在此通过参引并入本文的美国专利No.6,668,560中所描述的，四个阀被安置在磁体组件的扫掠范围之外的四个位置处，并且阀轴通过带和带轮由磁体组件轴驱动，所述带和所述带轮将阀轴连接至磁体组件轴，该磁体组件轴又由马达驱动。相反，在本发明中，这些阀与磁体组件轴同轴地定位于磁体组件的每一侧，使得阀可以由磁体组件轴直接地驱动。
发明内容
本发明人已经确定，在常规的磁制冷系统中由于用于在装置的复杂回路内传导流体的相互连通的导管的长度、构型和结构的变化而可能出现实质性的低效率。这些变化可显著地未充分利用磁致热床而降低效率。因此，本发明提供了一种磁制冷系统，其中，位于阀系统与磁致热床之间的导管在多个导管启用时或在导管启用的连续间隔内就流量而言是平衡的。阀同心地定位的旋转式设计有助于这种平衡，该设计不仅考虑了对流动的稳态阻力，而且考虑了由导管体积和/或弹性变化所引起的动态效应。改进的阀设计平衡了密封阀表面所需的力、减少了磨损对泄漏的影响、使阀的组装和调节更为容易、降低了旁通流的可能性、减少了驱动轴的压力和腐蚀并且可以允许更紧凑的系统。
在一个实施方式中，本发明提供了一种主动式磁回热制冷机(AMR)设备，包括：第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床，该第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床具有第一端部和第二端部；第一热交换器(HEX)，该第一热交换器(HEX)具有入口和出口；轴，该轴能够绕轴线旋转；磁体，该磁体附接至轴以在轴旋转的情况下向第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床施加随时间变化的磁场；第一阀，当第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床在其相对地移动远离磁体的情况下被施加的场处于低状态时，该第一阀将第一热交换器(HEX)的出口以可切换的方式连接至主动式磁回热制冷机(AMR)床的第一端部以用于第一热交换器(HEX)的出口与主动式磁回热制冷机(AMR)床的第一端部之间流体的流动；第二阀，当第一主动式磁回热制冷机(AMR)床在其相对地靠近磁体的情况下被施加的场处于高状态时，该第二阀将第一热交换器(HEX)的入口以可切换的方式连接至主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第一端部以用于第一热交换器(HEX)的入口与主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第一端部之间流体的流动。第一阀和第二阀包括：(a)至少一对阀板，所述至少一对阀板以旋转滑动的方式连通并且绕轴同轴地定位，其中，第一阀板被附接成与轴一起相对于第二阀板旋转，阀板包括阀端口，阀端口移动成对准以及未对准，以在阀端口移动成对准时允许流体流穿过阀端口并且在阀端口移动成未对准时阻止流体流穿过阀端口，其中，阀板中的至少一个阀板被安装成沿着轴的轴线相对于阀板中的另一阀板移动；以及(b)弹簧，该弹簧将阀板轴向地迫压成彼此相接触。
弹簧可以是位于弹簧支承件与阀板中的被接触的阀板之间的压缩弹簧，并且弹簧支承件的位置是能够调节的，以对弹簧作用在被接触的阀板上的力进行控制。
阀板可以保持在流体室中，该流体室接纳由阀控制的流体，并且其中，弹簧支承件可以通过在关于轴同轴的带螺纹元件上的旋转来调节，并且其中，流体室包括可密封开口，该可密封开口允许触及弹簧支承件，以用于使弹簧支承件相对于带螺纹元件旋转，从而使弹簧支承件沿着轴轴向地移动。
第一阀板可以通过连结部附接至轴，所述连结部在防止阀板和轴绕轴的轴线旋转的相对运动的同时除了允许第一阀板的轴向移动之外还允许第一阀板成角度。
连结部可以提供相互接合的轴向槽和径向销。
轴可以通过与位于轴和阀板上的键槽和键座接合的键而与第一阀板连通，其中，键延伸至轴的一端部，以允许键从轴的第一端部沿第一方向抽出并且允许轴沿与第一方向相反的第二方向抽出。
轴可以穿过用于接纳来自阀的流体的流体室，并且可以通过套筒组件与流体室分离。
套筒组件可以包括第一套筒部分和第二套筒部分，第一套筒部分和第二套筒部分位于轴的不同轴向部分上，每个部分包括与另一部分的对应的滑动密封件连通的滑动密封件，从而允许第一套筒部分相对于第二套筒部分绕轴线的相对旋转运动。
滑动密封件可以包括弹簧，弹簧将第一密封部分和第二密封部分偏置成接合以防止第一密封部分与第二密封部分之间的泄漏。
第一阀和第二阀可以包括一对阀板，所述一对阀板以旋转滑动的方式连通并且在可旋转轴上同轴地定位。
阀板可以配合成在第一位置中提供通向与至少一个阀板的外周部相连通的第一流体室的流体通道，并且在第二位置中提供通向流体和第二流体室的流体通道，所述第二流体室与第一流体室分离并且与至少一个阀板的内周部连通。
主动式磁回热制冷机(AMR)设备还可以包括第二热交换器(HEX)，该第二热交换器(HEX)具有入口和出口；第三阀，当作用在第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床上的场处于低状态时，该第三阀将第二热交换器(HEX)的入口流体地连接至主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第二端部；第四阀，当作用在第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床上的场处于高状态时，该第四阀将第二热交换器(HEX)的出口流体地连接至主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第二端部。
第三阀和第四阀可以是止回阀。
至少一个阀板可以是碳材料的。
在另一实施方式中，本发明提供了一种磁制冷系统，该磁制冷系统具有由磁致热材料制成的至少第一床和第二床，每个床具有第一侧和相反的第二侧，流体可以在第一侧与第二侧之间流动。至少一个歧管将热入口导管和热出口导管连通至每个床的第一侧，并且将冷入口导管和冷出口导管连通至每个床的第二侧。磁体组件能够移动以在第一状态下向第一床施加比向第二床施加的磁场大的磁场，而在第二状态下向第二床施加比向第一床施加的磁场大的磁场，并且阀系统与导管连通且与磁体组件同步，以允许流体循环通过第一床和第二床，从而通过提供穿过至少一个第一导管对(每对导管为连续地相连接的冷入口导管和热出口导管)的流体流来从第一床去除热，以及通过提供穿过至少一个第二导管对(每对导管是连续地相连接的热入口导管和冷出口导管)的流体流而使第一状态下的第二床增加热。第一导管对和第二导管对中的每一者适于在由阀系统连接成用于流体流时提供穿过每个第一导管对的基本相等的流体流。
因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于解决可能由相对较小的流动不平衡所导致的冷却效率低下。
每个第一导管对可以具有基本相等的流动阻力，并且每个第二导管对具有基本相等的流动阻力。就此而言，每个第一导管对和每个第二导管对均可以具有基本相同的长度。
因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于使导管中的比如影响稳态流动的流动阻力平衡。
输送较大流体流的导管对可以制成比输送较小流体流的导管对短。
因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于提供一种系统，该系统可以更好地调整成允许热循环部分和冷循环部分中相等的流体流。
替代性地或另外地，每个第一导管对和每个第二导管对均可以具有基本相等的内部体积。
因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于解决由与导管对中的流动材料的惯性质量相关的动态“感应”效应引起的流动不平衡的问题。
替代性地或另外地，每个导管对均具有随压力的变化基本相等的内部容积的变化。
因此，本发明的至少一个实施方式的特征是补偿由与导管的弹性相关的动态“容量”效应引起的流动不平衡。
每个导管对到由磁致热材料制成的床的内部体积的在磁制冷系统的操作期间经历从最小流体压力向最大流体压力增加时的变化可以小于导管对向单个床输送流体流的于一个AMR循环中的时间间隔期间输送至单个床的总流体体积的5％。
因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于限制由弹性导管中的可能储存的压力引起的潜在回流和低效率。
热入口导管、热出口导管、冷入口导管和冷出口导管中的每一者均可以适于提供基本相等的对流体流的阻力。
因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于根据导管的功能来提供平衡的阻力。
阀系统可以设置四个阀，所述四个阀包括热出口阀、热入口阀、冷出口阀和冷入口阀，其中，在第一状态下，热出口阀将第一床的热出口导管连接至热的热交换器的入口，并且冷入口阀将第一床的冷入口导管连接至冷的热交换器的出口，并且热入口阀将第二床的热入口导管连接至热的热交换器的出口，并且冷出口阀将第二床的冷出口导管连接至冷的热交换器的入口。此外，在第二状态下，热出口阀将第二床的热出口导管连接至热的热交换器的入口，并且冷入口阀将第二床的冷入口导管连接至冷的热交换器的出口，并且热入口阀将第一床的热入口导管连接至热的热交换器的出口，并且冷出口阀将第一床的冷出口导管连接至冷的热交换器的入口。
因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于，在保持穿过每个导管的单向流动的系统中提供平衡的流动，以消除回流产生的损失。
热出口阀和热入口阀可以包括可动元件，所述可动元件打开和关闭阀并与磁体组件机械相连，并且其中，冷入口阀和冷出口阀都是由流体流致动的单向阀。替代性地，冷出口阀和冷入口阀可以包括可动元件，所述可动元件打开和关闭阀并与磁体组件机械相连，并且，热入口阀和热出口阀可以是由流体流致动的单向阀
因此，本发明的至少一个实施方式的特征是通过使用一些单向型阀来简化阀结构。
第一床和第二床可以绕中心轴线设置，并且磁体组件可以附接至能够相对于第一床和第二床沿着该中心轴线旋转的轴，并且热出口阀和热入口阀可以是具有转子部分的盘阀，该转子部分绕轴同轴地附接成相对于绕该轴同轴地定位的固定的定子部分移动。
因此，本发明的至少一个实施方式的特征是采用轴向平衡的旋转结构以利于导管结构的平衡。
热出口阀和热入口阀可以具有相对于床固定的定子部分和相对于磁体固定的转子部分，其中，定子部分安装在转子部分之间。
因此，本发明的至少一个实施方式的特征是采用阀转子与定子之间的固有密封和阀取向来平衡将转子密封至定子所需的力。
磁制冷系统可以包括绕中心轴线布置的多个磁性床，每个磁性床都具有歧管，该歧管将热入口导管和热出口导管连通到每个床的第一侧且将冷入口导管和冷出口导管连通至每个床的第二侧，其中，阀组件设置有附接至轴并与入口导管或出口导管连通的阀。
因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于在多床系统中提供平衡的流体流，在多床系统中，由不平衡流动引起的低效率可能会加剧。
阀可以在轴的一个或更多个位置处提供与多个入口导管或多个出口导管基本上不受阻的连通。
因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于当多个导管并行地操作时确保导管之间的相等的流量分配。
磁制冷系统还可以包括使流体循环通过阀系统以及入口导管和出口导管的正排量泵。
因此，本发明的至少一个实施方式的特征在于提供一种泵，该泵能够对在多个床之间进行切换所需的流量的快速变化进行处理，以及提供一种与该快速切换相容的导管系统。
这些特定的目的和优点可以仅适用于落入权利要求的范围内的一些实施方式，并且因此不限定本发明的范围。
附图说明
图1A至图1D为示出了用于执行冷却的主动式磁回热制冷机(AMR)循环的示意图；
图2示出了本发明的具有四个盘阀的第一实施方式的部件布置的概况；
图3示出了改进的阀组件的第一实施方式，该改进的阀组件提供了减少的磨损效果和简化的调整；
图4示出了本发明的第二实施方式的部件布置的概况，第二实施方式具有安装至共用组件的热入口阀的定子和热出口阀的定子；
图5示出了本发明的第三实施方式的部件布置的概况，其中，磁体处于具有较大半径处；
图6示出了改进的阀组件的第二实施方式，该改进的阀组件提供了平衡的密封力以及简化的组装和维护；
图7示出了本发明的第四实施方式的组件布置的概况，第四实施方式具有安装至共用组件的热入口阀的定子和冷入口阀的定子；
图8示出本发明的其中在冷侧具有止回阀的第五实施方式的部件布置的概况；
图9示出了在床的一侧的流动连接部的放大图；
图10示出了图4所示的第二实施方式的八床构型的端部视图；
图11示出了改进的阀组件的第三实施方式，其中，入口功能和出口功能组合在单个阀组件中；
图12A至图12B示出了可用于图11的改进的阀组件中的转子盘的端部视图；
图13A至图13B示出了可用于图11的改进的阀组件中的阀定子的端部视图；
图14以俯视图示出了在图11的改进的阀组件中的转子和定子盘如何叠置；
图15示出了可用于图11的改进的阀组件中的衬套和阀杯的细节；
图16示出了可用于图3或图11的改进的阀组件中的阀张紧组件的分解图；
图17示出了改进的入口阀组件和出口阀组件的第四实施方式，第四实施方式提供了平衡的密封力、简化的组装和维护以及免受传热流体影响的驱动轴；以及
图18示出了可用于图6或图17的改进的阀组件中的旋转式面密封件。
具体实施方式
本发明包括“旋转磁体”磁制冷机(RMMR)，该“旋转磁体”磁制冷机使用旋转盘阀来对流向床的流动和来自所述床的流动进行控制，其中，这些阀与使磁体组件旋转的轴同轴地定位，并且其中，阀盘上的压缩机构在对阀组装之后可调节，并且在盘磨损的情况下保持密封。图2中示出了本发明的第一实施方式的部件的布置的概况。图2示出了两床系统1的横截面，在两床系统1中，第一床2(经磁化的)位于磁体组件6的间隙8内，而第二床4(经退磁的)位于该组件的间隙8外。马达10(其可以是电马达)使中心轴12旋转，该中心轴12安装至轴承102、104、106和108，并且穿过旋转密封件122、124、126和128。该中心轴12还驱动位于同轴阀22、24、26、28中的每一者中的转子14、16、18、20。泵30驱动流体流穿过系统1。
在图2所示的构型中，热入口(Hi)阀22中的转子14使与经退磁(下部)的床4的热入口端口42相连接的孔32露出。同时，冷出口(Co)阀24中的转子16使与床4的冷出口端口44相连接的孔34露出。因此，从热侧热交换器(HHEX)40流出来的处于温度THi的加压流体由管62输送到位于热入口阀22的一端处的腔室52、穿过热入口阀22的定子88中的未挡住的孔32并且被驱动进入热入口管64b中、并从床4的热入口端口42穿过床4流到床4的冷出口端口44。在穿过冷的经退磁的床4之后，此刻处于温度TCo的这种流体由冷出口管66b输送并由打开的冷出口阀24汇集，穿过定子90中的孔34，并经由位于阀24的一端处的腔室54而被引导穿过管92到达冷侧热交换器(CHEX)60，在冷侧热交换器(CHEX)60中，流体从经制冷的环境温度吸收热并且该流体的温度升高至TCi。经退磁的床4的冷入口端口68和冷入口管72b被定位在冷入口(Ci)阀26中的挡住孔38b的转子16阻挡，并且经退磁的床4的热出口端口70和热出口管82b也被定位在热出口(Ho)阀28中的挡住孔94b的转子20阻挡。从冷侧热交换器60的另一端流出来的处于温度TCi的流体进入位于冷入口阀26的一端处的腔室56内的单个端口36。该流体被引导通过冷入口转子18并穿过定子86中的孔38a进入到冷入口管72a中并且被引导至经磁化(上部)的床2的冷入口端口74。流体从冷入口端口74穿过经磁化的床2到达热出口端口78并且该流体的温度升高到THo。通过床2的冷出口端口76和冷出口管66a的流动由冷出口阀24阻止。通过床2的热入口端口80和热入口管64a的流动由热入口阀22阻止。来自床2的端口78的温度为THo的热出口流体由热出口管82a输送穿过定子96中的孔94a而进入到热出口阀28中、经由腔室58离开阀28并经由管84返回到泵30，在泵30处，流体被引导通过HHEX40的另一端，完成流动回路。
尽管附图示出了在本发明的部件之间输送流体流的管，但是可以使用在部件之间输送流体的任何合适的导管。例如，导管可以是注塑组件中的流体通道，或者导管可以是通过增材制造制成的组件中的流体通道，或者导管可以是如图所示的管。
在图3中的热侧阀的详细视图中示出了对本发明的第一实施方式的阀的改进。热入口阀22和热出口阀28两者都具有类似的结构。热出口阀28包括固定在适当位置并相对于阀壳体210密封的定子96。热出口阀还包括转子20，该转子20与磁体6绕轴12的轴线旋转。转子20通过位于其内径部(ID)与衬套214之间O形环228定中心，并且安装至刚性阀杯212。衬套214单独地组装在驱动轴12上，并通过销216保持在适当的位置，该销216延伸穿过轴12、衬套214并进入刚性杯212中的槽213中。销216提供了对衬套214的精确的轴向定位，并且还将旋转扭矩从轴12传递至阀的旋转部件。螺母218支承弹簧220，弹簧220对刚性杯212施加压力。当销216在槽213中滑动时，刚性杯可以沿着轴12和衬套214的轴线移动，从而将压力传递至转子20，但是销216在槽213和轴12中的接合确保了旋转扭矩从轴12传递至刚性杯212和转子20。外部进入端口222允许在不拆卸阀的情况下调节压缩。外部进入端口222和螺母218中的槽221允许在不拆卸阀的情况下调节压缩。在通过插入穿过进入端口222的工具使螺母218保持固定的同时使轴12旋转来实现这种调节。轴承102和104被结合到阀壳体中。这允许紧凑的设计，允许外螺母224抵靠于外轴承102的压缩加载并且确保阀体中的对准。内轴承104坐置成抵靠于保持环226，该保持环226附接至轴12。
当阀28的阀转子20和阀定子96在阀的操作期间磨损时，它们组合的厚度将减小。然而，弹簧220将适应这种厚度变化并且保持阀盘的密封而不需要外部调节。
图4中示出了本发明的第二实施方式的部件的布置的概况。阀以与第一实施方式相同的方式执行相同的时间顺序的流量分配。区别在于，冷入口阀26的定子86和转子18左右颠倒，并且热入口阀22的定子88和转子14左右颠倒，从而允许热入口阀22的定子88和热出口阀28的定子96被安装至共用的组件98；冷入口阀26的定子86和冷出口阀24的定子90也可以安装至共用的组件100。磁体组件6、床2、床4以及泵30在第一实施方式和第二实施方式中位于相同的位置中。
通过将定子88和96安装在相对的壁上，将转子14压向其定子88所需的力和将转子20压向其定子96所需的力相互抵消，并且将转子16压向其定子90所需的力和将转子压向18其定子86所需的力相互抵消，从而减小了作用在轴12上的载荷并简化了设计。
图5中示出了本发明的另一实施方式的部件布置的概况。第三实施方式具有与第二实施方式相同的部件，并且这些部件比如马达10以与第二实施方式相同的方式执行相同的功能。区别在于，第一实施方式和第二实施方式中的磁体组件6和床2、床4在相似的半径处位于热入口阀22与冷入口阀26之间，而第三实施方式的磁体组件6和床2、床4在更大的半径处位于阀22、阀26的外侧，从而允许组件1的长度减小。注意到的是，在图5中，热出口管82a、82b都具有相同的长度和形状，并且冷入口管72a、72b也都具有相同的长度和形状，但是热出口管82a与冷入口管72a具有不同的长度和形状。
在图2、图4和图5中，所有诸如热出口之类的具有相同功能的管的长度都相同，而诸如热出口和冷入口之类的具有不同功能的管可以具有不同的长度。更通常地，成对的导管，比如与热出口管82a连续地连接的冷入口管72a和与热出口管82b连续地连接的冷入口管72b(第一导管对)，或与冷出口管66b连续地连接的热入口管64a和与冷出口管66b连续地连接的热入口管64a(第二导管对)构造成用于所有类似的导管对之间的相等或平衡的流动。这是通过确保导管对提供相等的稳态流动阻力以及处理如下动态因素来提供的，该动态因素比如是通过将导管对的总内部体积设定成相等的来产生流动电感以及通过确保随着压力变化的内部体积的变化对导管对来说是相等的来提供流动容量。这些值还可以是相等的，但是在将第一导管对与第二导管对进行比较时不必相同。
在图6中的热侧阀的详细视图中示出了对本发明的第二实施方式的阀的改进。热入口阀22和热出口阀28两者都具有类似的结构。热出口阀28包括定子96，定子96固定在适当位置并相对于阀壳体210密封。定子中的每个端口与从阀壳体的底板突出的短管205配合。每个短管具有安装至定子的O形圈密封件204。热出口阀还包括转子20，转子20与磁体6绕轴12的轴线旋转。转子20由位于转子的ID(内径)部与内部旋转组件201之间的O形环228定中心，并且安装至刚性阀杯212。驱动轴12同轴地穿过与转子20和压缩组件230相连接的内部组件201。压缩组件230包括螺母218，螺母218支承弹簧220，弹簧220对刚性杯212和转子20施加压力。刚性杯212可以是碳复合材料的。外部进入端口222允许在不拆卸阀的情况下对压缩进行调节。内部可旋转组件201具有安装在每个端部处的商用陶瓷(或其他材料)制成的旋转式面密封件202，以将流体密封在由阀壳体210和端板310构成的阀体内部，并且防止流体到达驱动轴12。以此方式，驱动轴保持“干燥”，并且可以与阀分离而不会破坏本体中的密封。该特征允许在不干扰冷入口阀和冷出口阀、或床和磁体组件的情况下热入口阀和热出口阀被组装、拆卸和更换。
内部旋转组件由两个部分组成，所述两个部件通过O形环232在中心处密封并通过螺钉203保持在适当位置。在驱动轴的槽中装配有特定键208，并且特定键208与内部可旋转组件201的内孔中的槽配合。键208提供了从驱动轴12至内部可旋转组件201的扭矩传递。键208还提供了对内部可旋转组件201相对于驱动轴12的精确的轴向位置控制。键208的柄部被设计成使得该柄部在轴的槽中齐平地(在轴12的直径内)配装。这允许密封件202邻近于键208延伸并且与键208没有干扰。键208与驱动轴12配装在一起，使得当外螺母209被组装时键208的轴向位置被刚性地锁定。键208将内部可旋转组件201刚性地联接至驱动轴12。这允许精确地确定内部可旋转组件201的位置。它还允许在保持正确的轴向位置的同时允许在相反的阀表面上的不平衡的压力。
轴承102和104被结合到阀壳体中。这允许紧凑的设计，允许外螺母209抵靠于外轴承102的压缩加载并且保证阀体的对准。内轴承104坐置成抵靠于保持环226，该保持环226附接至轴12。
由于在阀的操作期间阀28的阀转子20和阀定子96磨损，所以阀转子和阀定子组合的厚度将减小。然而，弹簧220将适应这种厚度变化并且在不需要外部调节的情况下保持对阀盘的密封。即使随着阀磨损并且潜在地累积损坏，绕过热交换器40的泄漏将要求阀22和28以及可选的辅助密封件234泄漏，如在图6中可以看到的。
图7中示出了本发明的另一实施方式。第四实施方式具有与第三实施方式相同的部件，并且所述部件比如马达10以与第三实施方式相同的方式执行相同的功能。不同之处在于，热入口阀22的定子88和冷入口阀26的定子86安装至共用组件101，从而允许通向床2、4的热入口管64a、64b和冷入口管72a、72b可以比用于前三个实施方式的管短。
可以通过用单向阀代替冷侧入口阀和冷侧出口阀来产生上述实施方式的附加变型。可用于本发明的单向阀的示例是止回阀和簧片阀。还称为止回阀的单向阀允许流体仅沿一个方向流动并阻止流体沿相反方向流动。例如，球形止回阀使用球面球体来阻挡流体沿一个方向流动。成圆锥形渐缩的座部将球置于阀开口内以防止在一个方向上流动，但是当球移位离开其座部时则允许沿相反方向的流动。可以由弹簧来辅助将球置于座部内。其他类型的单向阀包括隔膜止回阀、摆动式止回阀、倾斜盘止回阀、截止式止回阀、升降式止回阀、直通式止回阀、鸭嘴阀、气动止回阀等。单向阀可以比旋转盘阀更小且更便宜。
图8中示出了使用单向阀的另一实施方式的示例，其中，图4中的实施方式2的冷侧阀24、26已经由图8中的止回阀120、121、125和127替换。
图9示出了如何可以在床的一端与来自阀的入口管和出口管之间进行连接的细节。冷入口管72b和冷出口管66b从图的顶部延伸并进入床流体室组件110。冷入口管72b终止于冷入口端口68，并且冷出口管66b终止于冷出口端口44，冷入口端口68和冷出口端口44在矩形开口112处连接，矩形开口112可以附接至床、比如图2的床4的一侧部。在图9中未示出床。
尽管在图2至图8示出了两床实施方式，但是通常有利的是将附加的床装配在由磁体间隙扫掠过的路径中。附加的床使冷却能力增大并且可以更有效地利用磁体组件。阀可以设计成允许同时在给定方向上的至多个床的流动。例如，图10中以从冷端部观察的端部视图示出了第一实施方式的八床实施例。未示出冷入口管、热入口管和热出口管、阀壳体和密封件、HEX(热交换器)、泵、马达以及轴承。磁体组件6和冷出口阀转子16连接至轴12并与轴12一起旋转。磁体组件被示出为在两个经磁化的床2a、2b之上，所述两个经磁化的床都经历从其冷端向其热端的流动。两个经退磁的床4a、4b处于最低场效应区域，并且两者都经历从其热端向其冷端的流动，并且位于中间场效应区处的其余四个床3a、3b、3c和3d不经历流动。每个床均附接至冷侧流体室组件110和热侧流体室组件111。这些流体室一起形成围绕床的歧管。冷出口阀转子16被示出为使冷出口阀定子90中的两个孔34a、34b露出，从而允许流体流通过冷出口端口44a、44b和冷出口管66a、66b而离开经退磁的床4a、4b，冷出口端口44a和冷出口管66a附接至冷侧流体室组件110a，并且冷出口端口44b和冷出口管66b附接至冷侧流体室组件110b。同时，冷出口阀转子16挡住孔34c、34d、34e、34f、34g和34h，从而阻止流体从床2a、2b、3a、3b、3c和3d的冷出口端口流动。
应当指出的是，图10的流动情况可以使用冷入口阀转子、冷出口阀转子、热入口阀转子以及热出口阀转子来实现，其中，冷入口阀转子、冷出口阀转子、热入口阀转子和热出口阀转子中的每一者每次使与其匹配的定子中的两个孔露出。
图10示出了两个床同时经历从冷到热的流动以及两个床经历从热到冷的流动的情况，存在不经历流动并且因此未对装置的冷却作出贡献的四个床。如果与冷入口阀和热出口阀相比，冷出口阀转子和热入口阀转子使与其匹配的定子中的更多个孔露出，则更多个床将经历从热至冷的流动，而非经历从冷至热的流动。
图3和图6示出了改进的阀组件，其中，热入口流动和热出口流动控制功能通过由单个轴驱动的两个不同的阀组件控制。对热入口流动和热出口流动使用单独的阀组件可以使绕过热的热交换器的热的热泄漏或流体泄漏的可能性最小。然而，使用两个单独的阀组件使部件数量增加了一倍，并且增加了制造成本，且还增加了系统的沿着轴线的长度。图11示出了改进的阀结构，在该阀结构中，使对热入口流动和热出口流动的切换结合到单个热入口/出口阀组件270中。热阀28包括定子96，该定子96固定在适当位置并且相对于阀壳体210密封。热阀还包括转子20，流动与磁体6一起绕轴12的轴线旋转。转子20由位于转子20的ID(内径)部与衬套214之间的O形环228定中心并且安装至刚性阀杯212。衬套214组装在驱动轴12上，并且通过销216保持在适当的位置，该销延伸穿过轴12、衬套214并延伸到刚性杯212中的槽213中。销216提供了对衬套214的精确的轴向定位并且还将旋转扭矩从轴12传递至阀的旋转部件。螺母218支承弹簧220，弹簧220对刚性杯212施加压力。随着销216在槽213中滑动，刚性杯可以沿着轴12和衬套214的轴线移动，从而将压力传递至转子20，但是销216在槽213和轴12中的接合确保了旋转扭矩从轴12传递至刚性杯212和转子20。外部进入端口222允许在不拆卸阀的情况下对压缩进行调节。轴承102和104被结合到阀壳体中。这允许紧凑的设计，允许外螺母224抵靠于外轴承102的压缩加载并且确保了阀体中的对准。内轴承104坐置成抵靠于保持环226，该保持环226附接至轴12。
在阀的操作期间随着阀28的阀转子20和阀定子96磨损，阀转子和阀定子组合的厚度将减小。然而，弹簧220将适应这种厚度变化并且在不需要外部调节的情况下保持阀盘的密封。
马达(未示出)使中心轴12旋转。在图11示出的位置中，来自床2的在相对于磁体6靠内侧的端口78处的温度为THo的热出口流体由位于中间半径处的热出口管82a输送穿过定子96中的孔94a到热出口阀28中，通过转子20中的槽264流动到位于定子96的内半径部中的孔266，并且刚好在轴12的外部流入内部流体室272。流体通过管84离开内部流体室272到达泵30的入口，该泵30将流体泵送通过热的HEX(热交换器)40且通过管62进入阀28的外部流体室52。外部流体室52中的流体可以进入转子20中的槽262，并行进通过位于定子盘96的外半径部处的孔32a并且穿过管254行进至床4的在磁体6外侧的热入口42。
在图11示出的旋转位置中，通过经磁化床2的热入口端口80和热入口管64a的流动被挡住孔32b的热阀转子20阻止。经退磁的床4的热出口端口70和热出口管82b也被覆盖孔94b的转子20的位置挡住。
图12A和13A分别示出了可用于图11所示的热入口阀/热出口阀组件270中的转子盘20和定子盘96的平面图。示出了转子盘中的槽264和槽266。还示出了定子盘中的孔32a、孔94b和孔266。图12B示出了沿着图12A所示的线A-A截取的转子盘20的横截面，并且图13B示出了沿着图13A所示的线B-B截取的定子盘96的横截面。图12B示出了转子盘中的槽264和槽266。图13B还示出了定子盘中的孔32a、孔94b和孔266。图14以端部视图示出转子盘20和定子盘96如何能够以其表面接触的方式叠置，从而当转子20相对于定子96旋转时允许流动被引导在槽与不同的孔之间。
图15示出了可用于图3或图11的改进的阀组件中的衬套、销和阀杯的细节。衬套214组装在驱动轴12(图15中未示出)上，并通过销216保持在适当的位置中，该销216延伸穿过轴12、衬套214并且进入刚性杯212中的槽213中。销216提供了对衬套214相对于轴12的精确的轴向定位，并且还将旋转扭矩从轴12传递至阀杯212和阀的其他旋转部件。
图16示出了可用于图3或图11的改进的阀组件中的压缩组件的分解图。阀压缩组件230包括螺母218(或弹簧支承件)，螺母218支承弹簧220，弹簧220对连接至转子20(未示出)的刚性杯212(或相接触的阀板)施加压力。弹簧220通过配装在刚性杯212上的边缘211内侧的环215而保持在适当位置。应当理解的是，环215可以移动到弹簧220的相反侧，同时执行类似的功能。还参照图17，可以作为压缩弹簧的弹簧220定位在一侧的环215与相反侧的螺母218之间，并且螺母218的位置可以是可调节的，以控制弹簧220的经由环215施加在刚性杯212上的力。应当理解的是，可以使用如本领域公知的用于储存机械能的任何弹性物体来代替弹簧220。
刚性杯212可以保持在流体室内，该流体室接纳由阀控制的流体，并且其中，弹簧220可以通过在关于轴12同轴的带螺纹元件上的旋转而被调节。流体室可以包括可密封的开口，该可密封的开口允许触及螺母218，以用于使螺母218相对于带螺纹元件的旋转，从而使螺母218沿着轴12轴向地移动。刚性杯212可以配合成在第一位置中提供通向与至少一个刚性杯212的外周相连通的第一流体室的流体通道，并且在第二位置中提供通向流体和第二流体室的流体通道，其中，第二流体室与第一流体室分离并且与至少一个刚性杯212的内周部相连通。
还参照图15，驱动轴12和刚性杯212之间的连结部可以提供相互接合的轴向槽213与径向销216。衬套214单独地组装在驱动轴12上，并通过插入衬套214的孔217中的销216保持在适当的位置。销延伸穿过轴12、衬套214并且进入刚性杯212的槽213中。销216提供了对衬套214的精确的轴向定位，并且还将旋转扭矩从轴12传递至阀的旋转部件。当销在槽213中滑动时，刚性杯212可以沿着轴12和衬套214的轴线移动，并且因此将压力传递至转子20，同时销在槽213和轴12中的接合确保了旋转扭矩从轴12传递至刚性杯212和转子20。外部进入端口222(未示出)允许在不拆卸阀的情况下调节压缩。螺母218中的槽221允许在不拆卸阀的情况下调节压缩。在螺母218通过插入穿过进入端口222的工具而保持固定的同时通过轴12的旋转来实现调节。刚性杯212可以通过连结部附接至驱动轴12，从而允许在防止刚性杯212和轴12绕轴12的轴线旋转的相对运动的同时除了允许刚性杯212的轴向移动之外还允许刚性杯212成角度。也可以构造一个改进的阀组件，该改进的阀组件将对热入口流动和热出口流动的切换结合到单个热阀中并且将对冷入口流动和冷出口流动的切换结合到单个冷阀中，从而使驱动轴保持“干燥”。图17中示出了与入口阀和出口阀组件280相结合的该改进的干轴的详细视图。热阀28和冷阀24两者都具有类似的结构。热阀28包括定子96，该定子96固定在适当位置并相对于阀壳体210密封。定子中的每个外圆形端口32与从阀壳体的底板突出的管205配合。定子中的每个内圆形端口94与从阀壳体的底板突出的管295配合。每个管具有安装到定子的O形环密封件204和安装到壳体210的O形环密封件284。热阀还包括转子20，转子20与磁体6绕轴12的轴线旋转。转子20通过位于转子20的ID(内径)部与内部旋转组件201的OD(外径)部之间的间隙223中的O形环228定中心，并且转子20安装至刚性阀杯212。驱动轴12同轴地穿过内部组件201，该内部组件201连接至转子20和压缩组件230。压缩组件230包括螺母218，螺母218支承弹簧220，弹簧220对刚性杯212和转子20施加压力。外部进入端口222和螺母218的槽221允许在不拆卸阀的情况下调节压缩。在螺母218由插入穿过进入端口222的工具而保持固定的同时通过轴12的旋转来实现调节。在间隙223中的O形环228的定心作用和由弹簧220施加的轴向力保持转子20抵靠于定子96密封，即使阀部件以偏心的方式构造或在操作期间磨损时仍是如此。内部可旋转组件201具有安装在两个端部处的两个商用陶瓷旋转式面密封件202和282，以将流体密封在阀体内并防止流体到达驱动轴12。以这种方式，驱动轴保持“干燥”并且可以与阀分离而不会破坏阀体内的密封。该特征在不会干扰冷入口阀和冷出口阀、或床和磁体组件的情况下允许热入口阀和热出口阀被组装、移除和更换。
借助于将位于轴12和刚性杯212上的键槽和键座接合的特定键208，轴12可以与刚性杯212连通。特定键208配装到驱动轴的槽中并与位于内部可旋转组件201的内孔中的槽配合。键208提供了从驱动轴12到内部可旋转组件201的扭矩传递。键208还提供了对内部可旋转组件201相对于驱动轴12的精确的轴向位置控制。键208的柄部被设计成使得柄部在键槽(在轴12的直径内)中齐平地配装。这允许密封件202在没有干扰的情况下邻近于键208延伸。键208与驱动轴12配装在一起，使得当外螺母209被组装时键208的轴向位置被刚性地锁定。键208将内部可旋转组件201刚性地联接至驱动轴12。这允许精确地确定内部可旋转组件201的位置。它还允许在保持正确的轴向位置的同时在相反的阀表面上的不平衡的压力。可以通过将螺母224从轴12上旋拧下来，然后使壳体210和键208以及阀内部部件在远离保持环226的方向上沿着轴12滑动来实现阀组件28从轴12的移除，其中，管205和295从O形环286和296中滑出。键208延伸到轴12的一端部，以允许键208从轴12的第一端部沿第一方向抽出并且允许轴12沿着与第一方向相反的第二方向抽出。
轴承102和104被结合到热阀壳体中。这允许紧凑的设计，允许外螺母209抵靠于外轴承102的压缩加载并且确保阀体中的对准。内轴承104坐置成抵靠于保持环226，该保持环226附接至轴12。
管205的外圆部连接至床的入口端口288，并且被O形环286密封。管295的内圆部连接至床的出口端口298，并且被O形环296密封。
冷阀24可以使用与热阀相同的构造方法，如图17所示。马达10驱动轴12的旋转，轴12又驱动热阀28的转子20和冷阀24的转子18的旋转。马达还驱动磁体6的旋转。替代性地，可以以类似于图8所示的方式通过单向阀来控制冷流动。
图17所示的流动构型的优点在于：将流体流从阀输送到各个床的所有管(例如管205和295)可以是短的并且具有相同的长度和形状。管的这一特征减小了压降，并且有助于实现床之间均匀的流动正时和分布。图17的将入口阀功能和出口阀功能结合到单个同轴组件中的设计构型将允许冷却单元的结构的总体长度比同轴组件中具有单独的入口阀和出口阀可实现的总体长度短。同样的优点适用于图11所示的设计构型。较短长度的冷却单元更容易地结合到需要配装在具有有限空间的位置的产品中。
参照图6、图17和图18，轴12可以穿过用于接纳来自阀的流体的流体室，并且可以通过旋转密封件202或套筒组件与流体室分离。旋转密封件202可以包括位于轴的不同轴向部分上的第一套筒部分和第二套筒部分，每个部分包括与另一部分的对应滑动密封件连通的滑动密封件，从而允许第一套筒部分相对于第二套筒部分绕轴线的相对旋转运动。滑动密封件可以包括弹簧306，弹簧306将第一密封部分和第二密封部分偏置成接合以防止第一密封部分与第二密封部分之间的泄漏。
图18示出了可用于图6或图17的干轴的改进阀组件中的旋转密封件202的细节。密封件202包括固定杯状部302，该固定杯状部302胶合至阀的固定端板310(图6)。固定杯状部302还通过波纹管密封件307和弹簧306连接至固定密封环304。固定密封环304与旋转密封环308接合并形成密封，该旋转密封环308密封至旋转密封垫圈312，该旋转密封垫圈312相对于阀的旋转组件201密封(图6)。该密封装置使阀内的流体不会从阀体的内部泄漏或到达阀的干轴12(图6)。图17的密封件282与密封件202具有相同的结构。
上述实施方式中所示的磁体组件是具有一个高场效应区域和相对的低场效应区域的单瓣式设计。然而，采用具有多个高场效应区域和多个低场效应区域的磁体组件可能是有利的。对于这种情况，同轴的盘阀可以被实施为具有附加的槽口，附加的槽口将从冷到热的流动同时引导至处于多个高场效应区域中的多个床，并且将从热到冷的流动同时引导至处于多个低场效应区域中的多个床。
通过将阀安置成以旋转滑动的方式连通并与主驱动轴同轴，消除了在该轴与阀轴之间连接带和带轮的需要。这些带和带轮浪费由马达提供的能量，因此带和带轮的去除提高了MR系统的能量效率。带和带轮占用空间，因此带和带轮的去除还获得更小、更紧凑的系统。
此外，同轴的阀布置减小了对阀与固定床进行连接的流体导管(通常称为管)的长度。应当指出的是，本发明允许在每个床的冷侧和热侧两者上均使用单独的入口管和出口管。通过在每个管中使用具有单向流动的单独的入口管和出口管，所有进入管的流体最终将到达目标床或目标热交换器。因此，容纳在管中的流体将有助于AMR循环的运行，并且不呈现“死体积(dead volume)”。然而，即使使用单独的入口管和出口管，通过同轴阀而可能获得的较短的管长度仍然提供了两个优点。首先，较短的长度使流体在其流动穿过管、穿过导管时所经受的压降减小，即，管对稳定流动的流体阻力减小。这减少了泵上的载荷，并且进一步提高了系统的能量效率。第二，较短的管长度使旁通流的量减少，该旁通流为其中流体绕过床并直接从热入口阀向热出口阀行进的现象。旁通流对制冷无贡献，并且因此浪费了由泵提供的能量；因此，旁通流的减少提高了MR系统的能量效率。
旁通流部分地由可变形管道元件的作为所述可变形的管道元件的流体容量的形式的在加压状态下的周期性扩张、接着由在减压状态下的流体排出所引起的。为了解释这种旁通流机制，参照图2。热入口流体在流体回路中处于最高压力。在这种压力下，将热入口阀22连接至经退磁的床4的热入口端口42的管64b将略微地扩张，从而储存一些原本将会穿过床4的流体。在完成冷吹之后，Hi阀(热入口阀)22和Co阀(冷出口阀)24密封该床2的热入口管64b，从而防止所储存的流体离开热入口管64b。当阀旋转以进行热吹时，连接至床4的热出口管82b此时可以输送流体流，因此储存在热入口管64b中的加压流体可以排出通过热出口管82b并进入热出口阀28，从而允许热入口管64b恢复其原始形状。在冷吹期间的加压、扩张和流体储存、以及随后的热吹期间的流体排出和减压的周期性的过程产生了旁通流。可能在冷吹期间被储存的流体的量随着将热入口阀连接至床的热入口端口的管的长度增大而增加。同轴阀布置使该导管长度最小，从而使加压期间流体体积的增大程度最小，由此使旁通流最小并且提高了系统性能。为了AMR系统的最佳操作，导管到床的内部流体体积的在AMR循环期间经历从最小流体压力向最大流体压力增大时的变化应该小于导管对向单个床输送流体流的在一个AMR循环中的时间间隔期间输送至该床的总的流体体积的5％。
同轴阀布置的另外的优点在于，同轴阀布置允许将床与阀连接的具有相似流动功能的导管关于轴的轴线对称地放置并且具有相同的形状和长度。对于将床连接至阀的导管而言存在有四种流动功能：热入口、热出口、冷入口和冷出口。都引导热入口流动的两个管二者都具有相似的功能，不过它们可能连接至不同的床。作为对称设置和相同形状的示例，如图2所示，如果在附图中示出的两个床2和4定位成关于轴12的轴线彼此成180度的旋转角度，并且冷入口阀中的端口38a、38b也定位成关于同一轴线彼此成180度的角度，那么两个冷入口管72a和72b则可以是具有相同形状和长度的、但是安装成关于轴12的轴线彼此成180度的角度的相同部件。除了节省制造成本，具有相似流动功能的导管的相同形状和长度确保导管对稳定流动的阻力将是相等的。另外，如果具有相似的流动功能的导管具有相同的形状、长度和壁厚，则这些功能相似的导管将在AMR循环期间在经历从最小流体压力向最大流体压力增大时具有相等的内部流体体积的变化。最后，如果具有相似流动功能的导管具有相同的内部横截面以及相同的形状和长度，则导管将具有相等的内部流体体积，储存在导管中的流体质量也将是相同的，并且因此在流体流动开始时在流体流动加速所需的动态压降将是相等的。因此，具有相似流动功能的导管的等效特性确保了由于流动摩擦引起的压降以及由于导管扩张和流体惯性所产生的流动瞬变效应对于所有的床而言都是相同的。这有助于确保所有床在AMR循环期间得到相似的流量相对于时间的曲线图，这能够提高效率并且增大温度跨度。
在前三个实施方式(图2、图4和图5)中的从热出口阀向泵的流动仅在从阀向泵的一个方向上发生，并且因此该流动是单向流动的。
尽管本发明使得类似流动功能的导管具有相等的长度，但是具有不同流动功能的导管、比如热出口和热入口可以具有不同的长度。
在上述实施方式中，从出口阀向泵的流动仅在从阀向泵的一个方向上发生，并且因此是单向流动的。这意味着例如在图2中被容纳在位于热出口阀28与泵30之间的管84中的流体不会促进死体积损失，因此，泵30可以位于同轴阀和床组件的外侧。这允许使用任何合适类型的泵。特别地，可以使用比如齿轮泵、螺旋泵、活塞泵、隔膜泵、旋转叶片泵和涡旋泵等正排量泵。正排量泵在大范围的工作压力下产生几乎恒定的流动。使用正排量泵允许流量在流体流于不同AMR床之间切换时快速达到预期水平。此外，高效的正排量泵可以被制成为覆盖较宽范围的过流能力和耐压能力范围，而作为常见形式的非正排量泵的离心泵仅在相对大的过流能力或相对较低的耐压能力下有效。AMR床中的有效传热需要大的内部传热面积，这往往会导致高的操作压力，高的操作压力不适合用于中小型系统离心泵的高效操作。
如果每次仅一个床发生从热至冷的流动或从冷至热的流动，则使用正排量泵可能需要准确的阀正时以确保流动不被阻挡达一段时间，或者替代地可能需要在泵出口处使用流体蓄积器。
虽然本发明的上述描述是基于旋转盘阀的使用，但是明显的是，也可以使用也依赖于旋转运动来打开及关闭期望的流体路径并且落入本发明的范围内的其他类型的阀。
在本文中的某些术语仅出于参考的目的，并且因此这些术语不旨在限制性的。例如，诸如“上部”、“下部”、“之上”和“之下”之类的术语指的是所参照的附图中的方向。诸如“前”、“后”、“后部”、“底部”和“侧部”之类的术语描述了部件的部分在一致但任意的参考系中的取向，这通过参照对所讨论部件进行描述的文本和相关联的附图而变得清楚。这样的术语可以包括上面特别提及的词、其衍生词和具有类似的含义的词。类似地，除非上下文明确地指出，否则术语“第一”、“第二”等涉及结构的其他这种数字术语不意味次列或顺序。
当介绍本公开和示例性实施方式的元件或特征时，冠词“一”、“一种”、“该”和“所述”旨在表示存在这样的元件或特征中的一者或更多者。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包容性的，并且意味着除了特别指出的元件和特征以外可以存在另外的元件或特征。还应当理解的是，除非特别指出执行顺序，否则本文中所描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求按照所讨论或所说明的特定次序来执行。还应当理解的是，可以采用另外的或替代性的步骤。
具体意图是，本发明不限于本文所包括的实施方式和图示，并且权利要求应当被理解为包括这些实施方式的修改形式，这些修改的形式包括所述实施方式的部分以及在所附权利要求的范围内的不同实施方式的元件的组合。本文所描述的包括专利出版物和非专利出版物的所有出版物的全部内容均在此通过参引并入本文。

Claims (14)

1.一种主动式磁回热制冷机(AMR)设备，包括：
第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床，所述第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床具有第一端部和第二端部；
第一热交换器(HEX)，所述第一热交换器(HEX)具有入口和出口；
轴，所述轴能够绕轴线旋转；
磁体，所述磁体附接至所述轴以在所述轴旋转的情况下向所述第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床施加随时间变化的磁场；
第一阀，当所述第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床在其相对地移动远离所述磁体的情况下被施加的场处于低状态时，所述第一阀将所述第一热交换器(HEX)的出口以可切换的方式连接至所述主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第一端部以用于所述第一热交换器(HEX)的出口与所述主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第一端部之间的流体流动；
第二阀，当所述第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床在其相对地靠近所述磁体的情况下被施加的场处于高状态时，所述第二阀将所述第一热交换器(HEX)的入口以可切换的方式连接至所述主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第一端部以用于所述第一热交换器(HEX)的入口与所述主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第一端部之间的流体流动；以及
其中，所述第一阀和所述第二阀包括：
(a)至少一对阀板，所述至少一对阀板以旋转滑动的方式连通并且绕所述轴同轴地定位，其中，第一阀板被附接成与所述轴一起相对于第二阀板旋转，阀板包括阀端口，所述阀端口移动成对准以及未对准，在所述阀端口移动成对准时允许流体流穿过所述阀端口并且在所述阀端口移动成未对准时阻止流体流穿过所述阀端口，其中，所述阀板中的至少一个阀板被安装成相对于所述阀板中的另一阀板沿着所述轴的轴线移动；以及
(b)弹簧状物体，所述弹簧状物体将所述阀板轴向地迫压成彼此相接触。
2.根据权利要求1所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，其中，所述弹簧状物体是位于弹簧支承件与所述阀板中的被接触的阀板之间的压缩弹簧，并且其中，所述弹簧支承件的位置能够被调节以对弹簧作用在所述被接触的阀板上的力进行控制。
3.根据权利要求2所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，其中，所述阀板被保持在流体室内，所述流体室接纳由阀控制的流体，并且其中，所述弹簧支承件能够通过在关于所述轴同轴的带螺纹元件上的旋转而被调节，并且其中，所述流体室包括可密封的开口，所述可密封的开口允许触及所述弹簧支承件，以用于使所述弹簧支承件相对于所述带螺纹元件旋转，从而使所述弹簧支承件沿着所述轴轴向地移动。
4.根据权利要求2所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，其中，所述第一阀板通过连结部附接至所述轴，所述连结部在防止所述阀板和所述轴的绕所述轴的轴线旋转的相对运动的同时除了允许所述第一阀板的轴向移动之外还允许所述第一阀板成角度。
5.根据权利要求4所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，其中，所述连结部提供相互接合的轴向槽和径向销。
6.根据权利要求1所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，其中，所述轴通过使位于所述轴和所述阀板上的键槽和键座接合的键而与所述第一阀板连通，其中，所述键延伸至所述轴的一端部，以允许所述键从所述轴的第一端部沿第一方向抽出并且允许所述轴沿与所述第一方向相反的第二方向抽出。
7.根据权利要求1所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，其中，所述轴穿过用于接纳来自阀的流体的流体室，并通过套筒组件与所述流体室分离。
8.根据权利要求7所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，其中，所述套筒组件包括第一套筒部分和第二套筒部分，所述第一套筒部分和所述第二套筒部分位于所述轴的不同的轴向部分上，每个部分包括与另一部分的对应的滑动密封件连通的滑动密封件，从而允许所述第一套筒部分相对于所述第二套筒部分绕所述轴线的相对旋转运动。
9.根据权利要求8所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，其中，所述滑动密封件包括弹簧，所述弹簧将第一密封部分和第二密封部分偏置成接合以防止所述第一密封部分与所述第二密封部分之间的泄漏。
10.根据权利要求1所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，其中，所述第一阀和所述第二阀包括一对阀板，所述一对阀板以旋转滑动的方式连通并且在可旋转的所述轴上同轴地定位。
11.根据权利要求10所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，其中，所述阀板配合成在第一位置中提供通向与至少一个阀板的外周部相连通的第一流体室的流体通道，并且在第二位置中提供通向流体和第二流体室的流体通道，所述第二流体室与所述第一流体室分离并与至少一个阀板的内周部相连通。
12.根据权利要求1所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，还包括：
第二热交换器(HEX)，所述第二热交换器(HEX)具有入口和出口；
第三阀，当作用在所述第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床上的场处于低状态时，所述第三阀将所述第二热交换器(HEX)的入口流体地连接至所述主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第二端部；
第四阀，当作用在所述第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床上的场处于高状态时，所述第四阀将所述第二热交换器(HEX)的出口流体地连接至所述主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第二端部。
13.根据权利要求12所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，其中，所述第三阀和所述第四阀是止回阀。
14.根据权利要求1所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，其中，至少一个阀板是碳材料的。
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